近日，中国科学院海洋研究所科研团队在海洋设施光电阴极保护材料领域取得重要进展。该研究以题为“Long-term photoinduced sustained cathodic protection enabled by a h-WO3/m-WO3/TiO2/ZnIn2S4 multi-phase junction layer with enhanced charge separation and electron storage”的论文发表于工程技术领域顶级期刊《Chemical Engineering Journal》（IF=13.2）。致真精密仪器AtomEdge Pro多功能原子力显微镜的开尔文探针力显微镜（KPFM）技术，通过证实复合材料高效的电荷分离，为阐明其阴极保护机理提供了关键证据。

▲《Chemical Engineering Journal》期刊论文截图

▲论文所使用仪器：致真精密仪器AtomEdge Pro多功能原子力显微镜；(a-c) WO₃、WO₃/TiO₂和WO₃/TiO₂/ZnIn₂S₄的AFM形貌图；(d-f) 暗态及(g-i) 光照下的KPFM电势图

严酷的海洋腐蚀严重危害海洋设施的结构可靠性与服役寿命。光诱导阴极保护（PICP）作为一种利用丰富太阳辐射的太阳能驱动原位防腐策略，前景广阔，但其实际应用仍受限于低电荷转移效率及在黑暗条件下缺乏保护。

本研究通过低温液相沉积及水热合成法，合理构建了WO₃/TiO₂/ZnIn₂S₄多相异质结光阳极材料。在此架构中，TiO₂纳米颗粒作为稳健的界面层，增强了ZnIn₂S₄在WO₃纳米片上的锚定，并与两者形成阶梯式能带排列。h-WO₃/m-WO₃同质异相结提供了高效的电子存储基础，而TiO₂/ZnIn₂S₄界面则建立了S型电荷转移路径。SEM与截面分析证实了该复合电极成功形成了层次分明的多层结构，各层间接触紧密。

▲(a) WO₃/TiO₂/ZnIn₂S₄光电极合成过程示意图；(b) WO₃、WO₃/TiO₂、WO₃/TiO₂/ZnIn₂S₄和ZnIn₂S₄的XRD图谱；(c-e) WO₃、WO₃/TiO₂和WO₃/TiO₂/ZnIn₂S₄光电极的SEM图像；(f) WO₃/TiO₂/ZnIn₂S₄截面图；(g) 不同退火温度下WO₃的XRD图谱和(h) 光致开路电位曲线。

该WO₃/TiO₂/ZnIn₂S₄复合薄膜在模拟太阳照射下，为316 L SS提供431 mV的OCP负移及39 µA cm⁻²的光电流密度。尤为突出的是，在无需任何牺牲剂的模拟海水环境中，该复合薄膜在2小时光照后，能为316 L SS提供长达18小时的持续阴极保护。

▲(a) 各光电极与316L不锈钢耦合体系的混合电位及(b) 光生电流密度变化；(f) 316L不锈钢与WO₃/TiO₂/ZnIn₂S₄耦合体系的长时间OCP测试

通过原位开尔文探针力显微镜（KPFM，基于致真精密仪器AtomEdge Pro多功能原子力显微镜平台）测试表明，WO₃/TiO₂/ZnIn₂S₄复合电极在光照下产生最大的表面接触电位差（CPD）正移（682 mV），证实了其最优异的电荷分离效率。这一现象揭示了光生载流子的迁移路径和分离行为：光生电子更易迁移至FTO基底，而空穴富集于表面，表现出更高的载流子分离效率和去极化活性。结合能带结构与理论计算，该优异性能源于异质结通过协同的II型和S型能带排列促进界面电荷转移，其中S型异质结保留了ZnIn₂S₄导带中具有更强还原能力的光生电子，而II型异质结与h-WO₃/m-WO₃同质结则共同驱动了电子的定向分离与存储，从而阐明了其优异光生阴极保护性能的内在机制。

该研究通过多相异质结工程与能带结构优化，成功解决了传统 PICP 材料黑暗态防护缺失的关键问题，为海洋防腐蚀材料的设计提供了新思路。所制备的复合薄膜兼具高效光吸收、快速电荷分离与长效电子存储功能，在船舶、海洋平台等海洋工程设施的腐蚀防护领域具有广阔应用前景，同时为其他黑暗活性光催化系统的开发提供了重要参考。

AtomEdge Pro多功能原子力显微镜

AtomEdge Pro多功能原子力显微镜可对材料、电子器件、生物样本等进行三维扫描成像，实现亚埃米级形貌表征。具备接触、轻敲、非接触等多种工作模式，为用户提供了更为灵活和精准的操作选择。此外，它还集成了磁力显微镜、静电力显微镜、扫描开尔文显微镜、压电力显微镜等多种功能模式，稳定性强,可拓展性良好。此外可根据用户需求灵活定制功能模块,为特定研究领域提供针对性解决方案，实现一机多用的高效检测平台。